CN104399839A - 换热器不锈钢波纹板片连续辊压成型工艺与装置 - Google Patents
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Abstract
一种特种孔型辊连续辊压制备换热器不锈钢波纹板片的工艺与装置，其工艺流程为：开卷机开卷→导向夹送辊导向→加热炉自动感应温度并加热→矫直单元对板带进行矫直→导向夹送辊导向→特种孔型辊连续辊压成型→V型剪刃飞剪机定尺剪切→落料收集，成型辊在啮合的同时对板料进行连续辊压成型。基于连续体成型原理，考虑相邻波纹间的影响，建立了连续体辊压过程中的回弹角模型。在成型辊的设计中，结合连续体回弹角模型和优化设计原理，建立了适用于制备不同设计参数波纹板片的辊齿参数设计模型。此制备不锈钢板片波纹结构的连续辊压成型装置能够保持较小的板带应变速率，避免冲压工艺导致的裂纹缺陷，提高了加工模具的寿命和加工效率。
Description
技术领域
本发明属于换热器不锈钢板片制备技术领域，具体涉及一种新的针对生产换热器不锈钢波纹板片的特种孔型辊连续辊压工艺与装置。
背景技术
板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，换热器板片的质量直接影响到板式换热器的散热性能和工作状况。换热器板片常用材料多为不锈钢，波纹区域多为V字形结构。目前，制备换热器不锈钢波纹板片的主要加工工艺为模具配合压力机一次冲压成形，采用人工放件的单件冲压制备方法，具有一定的危险性。冲压过程中由于板料变形速度过快，应变速率极大，板料真实应力便随应变速率的增加而升高，然而材料的断裂抗力仅取决于原子间的结合力，在变形过程中变化不大，随着应变速率的增加，金属就会过早地达到断裂阶段，使得材料塑性降低，导致波纹带的边缘极易出现裂纹，换热器板片成材率较低；同时由于应变速率过大，也加剧了模具的磨损。最终，导致了冲压生产换热器不锈钢板片的效率降低、成本增加。本发明提供了一种连续生产换热器不锈钢波纹板片的新工艺与装置，能够有效克服现有技术的瓶颈，解决现有的问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种制备换热器不锈钢波纹板片的连续辊压成型工艺与装置，目的在于提供一种通过导向夹送辊推送不锈钢板带，然后采用特种孔型辊连续辊压的制备方法生产不锈钢波纹板片。换热器不锈钢板片波纹带部分采用高精度辊压成形，板片的固定和密封结构延续使用模具冲压成形，而后整体焊接成形制备不锈钢换热器板片，能够提高产品质量和生产效率。
如图2所示为一种新的连续辊压成型工艺流程：开卷机开卷→导向夹送辊导向→温度自动感应加热炉进行加热→矫直单元对板带进行矫直→导向夹送辊导向→特种孔型辊轧机进行连续辊压成型→V型剪刃飞剪机进行定尺剪切→落料收集。安置在成型辊前方的导向夹送辊在推送薄板带的同时保证其在咬入方向上不发生翘曲。如图3所示为连续辊压成型原理示意图，成型辊类似于“连续弯曲模具”，在啮合的同时对板料进行连续弯压。如图3b所示，进齿和退齿过程相当于冲压时模具加载及卸载过程，其基本工作原理可以称为连续弯曲作业的“板料冲压”。
自动感应加热炉的温度调节范围是板形成型精度的关键参数，具体根据材料的宽度与厚度按如下方法确定：板带厚度范围为0.1mm~1.5mm，宽度范围为100mm~500mm，加热温度调节范围为100~600℃；例如，厚度为0.1mm~0.2mm，宽度为100mm~200mm的不锈钢板带加热温度为100℃~200℃，以此类推，板带表面积越大，加热温度越高，从而保证炉内板料受热均匀。
换热器波纹板辊压成型的关键是辊形的设计，板片波纹带的主要技术参数有：波纹夹角β(多为1200)、波纹法向节距L、波纹深度h、波纹圆角θ、波纹侧翼弯曲角Φ、波纹圆角半径R，其中波纹深度h是影响换热效率的重要设计参数。如图1所示，所给参数均参照波纹带垂直截面（ ），为方便后续测量分析，基于几何投影关系将垂直截面相关参数转换到板料的纵向（）进行研究。板料的回弹直接影响了波纹带的辊压精度，本发明综合连续体成型原理考虑，在辊压成型过程中，相邻波纹加工过程中回弹相互影响，这包括对波纹曲率、侧翼弯曲角Φ、特别是波纹深度h等参数的影响。本发明建立了适用于连续体辊压过程中的回弹角模型：。根据弯曲件可能产生的回弹量，将凸模侧翼弯曲角做小些，从而产生较合适的过正变形，能够有效补偿回弹量，按下式确定：。
本发明基于所需辊压成型的波纹板精度要求，预先考虑连续辊压成型波纹板回弹作用的影响，采用校正弯曲法减小凸凹模间隙z使板料发生充分的塑性变形，同时适度减小凸模侧翼弯曲角γ，增大过正变形程度，有效地补偿了辊压过程中的回弹量，从而提高了波纹深度的加工精度。本发明针对不同型号板片，不同波纹带结构参数，基于所建立的回弹角模型，综合考虑回弹影响和补偿方式，建立了关于综合参数的辊形模型。模具齿顶作为主要成型结构为圆弧状，齿沟部分也为圆弧状，实现了圆弧间的非线性接触。两圆弧之间采用切线连接，增大间隙。即采用三处接触，两齿根和一齿顶处受轧压，侧翼模具间留有间隙基本不受齿间的钳压，提高了辊压过程中的稳定性。在加工过程中，两辊凸凹模定位连续更替，辊压负半周段时上成型辊为凸模，辊压正半周段时下成型辊为凸模，为保证上下辊的成功啮合和波形的均匀相等，两相邻辊齿齿顶周距相等。波纹法向节距L加工精度要求不高，为保证加工过程的稳定性及辊压效率，在误差允许范围内通过适当调整L值能够对参数进行优化，从而得到最优设计参数。
成型辊辊齿参数确定方法如下。
1.成型辊凸模圆角半径：在不小于最小相对弯曲半径下，考虑到三点接触弯曲的应用，取等于或略小于弯曲件内侧的圆角半径，。
2. 成型辊凸凹模间隙：在本发明的辊压成型过程中，凸凹模间隙比板厚略大。这样能够在减小摩擦、避免工件损伤的同时，也不会产生较大回弹。凸、凹模的单面间隙值按如下方法确定：。其中z为凸凹模间隙，为板料的最大厚度，为板厚的基本尺寸，为间隙系数，，时，成型方式为自由式辊压；，成型方式为校正式辊压。
3.成型辊凹模圆角半径：实际生产中，凹模圆角半径根据材料的厚度进行选取，并参考凸模圆角半径，。
4.辊齿参数：上下成型辊完全相同，取其中一成型辊进行考虑，如图4b所示，传动比为1:1。加工过程中，假设板料与辊齿充分贴合，充分考虑几何关系，齿顶相对成型辊中心的半径R1、齿沟相对成型辊中心的半径R2、齿形分度角、齿形角与凸模圆角半径、凹模圆角半径、凸模侧翼弯曲角γ及波纹深度h有关。辊齿数n为整数，辊齿设计参数按如下模型确定：
附图说明
图1是换热器板片示意图。
图2是连续辊压成型工艺流程图。
其中，1—开卷机，2—导向夹送辊，3—加热炉，4—矫直单元，5—导向夹送辊，6—成型辊，7—V型剪刃飞剪机，剪刃形状多为120°夹角，8—落料收集装置。
图3是辊压成型原理示意图。
图4是成型辊辊齿参数模型示意图。
其中，a为专用辊压辊整形示意图，b为轧辊K-K〞截面辊齿参数示意图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的实施例。
如图2连续辊压成型工艺所示，不锈钢薄板带通过开卷机开卷后，进入导向夹送辊，然后进入加热炉，温度自动感应加热炉装置按照工艺预设模型进行加热（304不锈钢），随后进入矫直单元对板带进行矫直，然后导向夹送辊带动薄板带进入特种孔型辊轧机进行辊压成型，制备成换热器波纹板片，最后通过飞剪机进行定尺剪切后，由板料收集装置进行收集。
选用某企业某型号板片来验证上述理论分析，该板片波纹带设计参数如表1所示：
表1 某型号板片波纹带参数
。
由于波纹节距加工精度要求不高，则可以通过调整L值来优化设计参数，L值与相对应辊齿数n值的关系如表2所示：
表2 某型号板片波纹带L值与相对应n值
。
工作区域啮合齿数的多少直接决定了加工过程的稳定性及辊压效率，取L=12.66mm，此时最大相对误差约为3.8%，优化后的工艺参数见表3：
表3 优化后L=12.66mm时的设计参数
Claims (4)
1.一种针对换热器不锈钢波纹板片的连续辊压成型新工艺与装置，其工艺流程为：开卷机开卷→导向夹送辊导向→温度自动感应加热炉进行加热→矫直单元对板带进行矫直→导向夹送辊导向→特种孔型辊轧机进行连续辊压成型→V型剪刃飞剪机进行定尺剪切→落料收集；其中，采用两个具有相同孔型的成型辊对板带进行连续弯曲变形，获得波纹带形状；同时采用两对导向夹送辊推送板带以保证轧制时板带不发生翘曲。
2.如权利要求1所述的换热器不锈钢波纹板片的连续辊压成型工艺与装置，其特征在于温度自动感应加热炉装置按照工艺预设模型进行加热，加热板带厚度范围为0.1mm~1.5mm，宽度范围为100mm~500mm，加热温度调节范围为100~600℃；例如，厚度为0.1mm~0.2mm，宽度为100mm~200mm的不锈钢板带加热温度为100℃~200℃，以此类推，板带表面积越大，加热温度越高，从而保证炉内板料受热均匀。
3.如权利要求1所述的换热器不锈钢波纹板片的连续辊压成型工艺与装置，其特征在于采用了连续辊压成型工艺，充分考虑了相邻波纹加工过程的影响，建立了连续辊压过程中的回弹角模型 ；能够保持较小的板带应变速率，避免了冲压工艺大应变速率所导致的裂纹缺陷，并且延长了加工模具的使用寿命，提高了加工效率，缩短了产品开发的周期，有节能降耗的作用。
4.如权利要求1所述的换热器不锈钢波纹板片的连续辊压成型工艺与装置，其特征在于给出了辊齿参数设计模型：
(1)成型辊凸模圆角半径：，为弯曲件内侧的圆角半径；
(2)成型辊凸凹模间隙：，其中z为凸凹模间隙，为板料的最大厚度，为板厚的基本尺寸，为间隙系数，，时，方式为自由式辊压；，方式为校正式辊压；
(3)成型辊凹模圆角半径：实际生产中，凹模圆角半径根据材料的厚度进行选取，并参考凸模圆角半径，；
(4)辊齿参数：上下成型辊完全相同，齿顶相对成型辊中心的半径R1、齿沟相对成型辊中心的半径R2、齿形分度角、齿形角、辊齿数n 按如下模型确定：
根据该辊齿参数模型设计的成型辊适用于制备具有不同设计参数的波纹板片。
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